Автореферат (Энергоэффективное прямое управление моментом асинхронных тяговых электродвигателей), страница 4

В частности, в модельном эксперименте (рисунок 8)ток статора уменьшился на 30 %, к.п.д. возрос на 7,6 % по отношению к режиму стой же пониженной нагрузкой и номинальным заданием потокосцепления, величина задания потокосцепления статора при этом составила ΨSз = 0,68ΨSн.На рисунке 9 для номинальной частоты вращения АТД приведены зависимости к.п.д. от нагрузки при обычном и энергоэффективном управлении, на рисунке10 – зависимости процентного снижения тока статора от нагрузки при энергоэффективном управлении по сравнению с традиционным управлением. Зависимостик.п.д. от нагрузки были рассчитаны на основе известных электрических, магнитных, механических и добавочных потерь в двигателе АД917УХЛ1 в номинальномрежиме и полученных данных по изменению тока и потокосцепления при энергоэффективном регулировании.При создании Людиновским тепловозостроительным заводом (ЛТЗ) тепловоза ТЭМ9H рассматривалось два варианта регулирования АТД: совместное в пределах тележки при функционировании двух АТД от одного АИН с общей СУ, атакже индивидуальное ‒ с отдельным АИН и СУ для каждого АТД.

В данной работе моделировалось преимущественно индивидуальное регулирование АТД.Предложенные принципы энергоэффективного прямого управления моментом АД и правильность методики расчета оптимальной по критерию минимуматока зависимости потокосцепления статора от задания момента были проверены налабораторной установке.18Установка оборудована преобразователем частоты ACS850 фирмы ABB cDTC с подключенным к нему асинхронным электродвигателем АО2-42-4У3. Такжедля проведения эксперимента к преобразователю частоты ACS850 подключен ПКс установленным специальным программным обеспечением DriveStudio v1.5. Дополнительно к электродвигателю был подключен тахогенератор для отображениятекущей частоты вращения и сравнения с показаниями модели системы управления, которые отображаются в среде DriveStudio.Рисунок 9 – Зависимость к.п.д.

от момента при энергоэффективном и обычном управлении ТЭП с АТДРисунок 10 – Зависимость процентногоснижения тока статора от моментав энергоэффективной СУПодробно исследовался процесс определения оптимального задания потокосцепления статора. При этом контролировался ток статора, электромагнитныймомент и потокосцепление АД.Для двигателя АО2–42-4У3, используемого на лабораторной установке,предварительно была снята характеристика намагничивания. Характеристиканамагничивания получена на основе опыта холостого хода, при регулировании питающего напряжения двигателя индукционным регулятором.Далее по методике, описанной в главе 2, был произведен расчет оптимальнойэнергоэффективной зависимости задания потокосцепления статора от задания момента. На рисунках 11 и 12 приведены характеристика намагничивания асинхронного двигателя АО2–42-4У3 и энергоэффективная зависимость задания потокосцепления статора от момента в относительных единицах соответственно.

На кривую рисунок 12, рассчитанную аналитически, нанесены три экспериментальныеточки (красным), полученные в ниже описанных лабораторных опытах.Для проверки разработанной методики расчета оптимальной зависимости задания потокосцепления статора от момента АД и энергоэффективного алгоритма19было проведено три основных опыта:1. Запуск двигателя на частоту вращения вала равную 750 об/мин при моментенагрузки равном 25% номинального значения;2. Запуск двигателя на частоту вращения вала равную 750 об/мин при моментенагрузки равном 50% номинального значения;3.

Запуск двигателя на частоту вращения вала равную 750 об/мин при моментенагрузки равном 72% номинального значения.Рисунок 11 – Характеристика намаг- Рисунок 12 – Энергоэффективная зависиничивания асинхронного двигателя мость задания потокосцепления статора отмомента АД АО2–42-4У3АО2–42-4У3В первом опыте (М = 0,25·Мном) снижение тока статора достигло 10-11% относительно величины тока при номинальном задании потокосцепления статора.При этом задание потокосцепления статора было снижено до Ψ = 0,78·Ψном (перваяточка, рисунок 13).Во втором опыте (М = 0,5·Мном) снижение тока статора достигло 1-2% относительно величины тока при номинальном задании потокосцепления статора.

Приэтом задание потокосцепления статора было снижено до Ψ = 0,96·Ψном (втораяточка, рисунок 13)В третьем опыте (М = 0,72·Мном) снижение тока статора достигло 3-4% относительно величины тока при номинальном задании потокосцепления статора. Приэтом задание потокосцепления статора было повышено до Ψ = 1,07·Ψном (третьяточка, рисунок 13).Результаты эксперимента показали высокую сходимость расчетных и экспериментальных данных и тем самым подтвердили правильность аналитических положений и выбранных принципов построения энергоэффективной системы электропривода с прямым управлением моментом АТД, оптимизированной по критерию минимума тока статора.20ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.

Разработана энергоэффективная система прямого управления моментомтягового электропривода с асинхронными двигателями, оптимизированная по критерию минимума тока статора.2. Разработана методика расчета оптимальных значений задания потокосцепления статора по критерию минимума тока статора и угла между моментообразующими векторами в зависимости от задания момента АТД в системе прямогоуправления моментом.3. Рассчитаны оптимальные зависимости задания потокосцепления статора иугла между моментообразующими векторами тока и потокосцепления статора отзадания момента тягового электродвигателя тепловозов ТЭМ9H и 2ТЭ25А для реализации энергоэффективного регулирования по критерию минимума тока статорав системе прямого управления моментом.4.

Получены аналитические выражения, аппроксимирующие оптимальныезависимости потокосцепления статора и угла между моментообразующими векторами тока и потокосцепления статора от момента двигателя для АТД тепловозов.5. Разработаны алгоритмы функционирования блока логики переключенийсистемы прямого управления моментом на энергоэффективный алгоритм формирования задания потокосцепления для тягового электропривода локомотивов с учётом контроля текущего режима и условий работы электропривода.6. Разработана математическая и компьютерная модель энергоэффективнойсистемы ТЭП локомотива с прямым управлением моментом асинхронных электродвигателей, позволяющая исследовать статические и динамические режимы работы ТЭП для оценки его функционирования в различных режимах движения локомотива и различных условиях сцепления.7.

При пониженных нагрузках электропривода энергосбережение в предложенной системе достигается за счёт снижения задания потокосцепления статора порассчитанной оптимальной зависимости и соответствующего уменьшения реактивной составляющей тока статора асинхронного двигателя, а также магнитных иэлектрических потерь.8. При повышенных нагрузках электропривода энергосбережение достигается за счёт повышения задания потокосцепления статора по рассчитанной оптимальной зависимости преимущественно за счёт уменьшения скольжения и снижения активной составляющей тока статора и электрических потерь; при этом повышение потокосцепления более чем на 20% нецелесообразно из-за роста насыщениямагнитной цепи и тока намагничивания.9. Наибольший энергосберегающий эффект в системе тягового электропривода тепловозов достигается при пониженных нагрузках и движении в диапазоне21скоростей, соответствующих 0,8 – 1,2 номинальной скорости вращения АТД: такпри моменте нагрузки АТД 0,1 от номинального значения (М=0,1Мн) снижениетока статора составляет до 46% от значения тока при том же режиме движения иотсутствии энергоэффективного управления; к.п.д.

повышается при энергоэффективном управлении в данном режиме на 12%.10. Разработанные математические и компьютерные модели тягового электропривода локомотива с прямым управлением моментом асинхронных двигателеймогут использоваться на стадии проектирования для отработки энергоэффективных алгоритмов управления.ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕДИССЕРТАЦИИ:а) в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК:1. Конохов, Д.В.

Энергоэффективное двухзонное регулирование электропривода с прямым управлением моментом асинхронных двигателей / Г.А. Федяева,Ю.М. Иньков, Д.В. Конохов, А.Н. Тарасов // Электроника и электрооборудованиетранспорта. - 2018. - № 1. - С. 31 - 36.2. Конохов, Д.В. Совершенствование системы управления тягового электропривода гибридного маневрового тепловоза / Г.А. Федяева, Ю.М. Иньков, А.Н. Тарасов, Д.В. Конохов // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2017. - №1. - С.